Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

Podobne dokumenty
Cia!a sta!e. W!asno"ci elektryczne cia! sta!ych. Inne w!asno"ci

Elektryczne własności ciał stałych

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Elektryczne własności ciał stałych

W1. Właściwości elektryczne ciał stałych

Struktura pasmowa ciał stałych

Rozszczepienie poziomów atomowych

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Skończona studnia potencjału

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

elektryczne ciał stałych

W5. Rozkład Boltzmanna

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Badanie charakterystyki diody

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

elektryczne ciał stałych

Podstawy krystalografii

2. Półprzewodniki. Istnieje duża jakościowa różnica między właściwościami elektrofizycznymi półprzewodników, przewodników i dielektryków.

Elektryczne własności ciał stałych

Układy nieliniowe. Stabilizator - dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) Logiczna bramka NAND. w.7, p.1

Podstawy fizyki wykład 4

Teoria pasmowa ciał stałych Zastosowanie półprzewodników

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Teoria pasmowa. Anna Pietnoczka

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Teoria pasmowa ciał stałych

Absorpcja związana z defektami kryształu

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Wykład 7. Złącza półprzewodnikowe - przyrządy półprzewodnikowe

P R A C O W N I A

Wykład FIZYKA II. 14. Fizyka ciała stałego. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Przerwa energetyczna w germanie

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Przejścia promieniste

3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA

Systemy laserowe. dr inż. Adrian Zakrzewski dr inż. Tomasz Baraniecki

Urządzenia półprzewodnikowe

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

EFEKT FOTOWOLTAICZNY OGNIWO SŁONECZNE

Repeta z wykładu nr 4. Detekcja światła. Dygresja. Plan na dzisiaj

III.4 Gaz Fermiego. Struktura pasmowa ciał stałych

Czym jest prąd elektryczny

Układy nieliniowe. Stabilizator dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) w.9, p.1

Układy nieliniowe. Stabilizator dioda Zenera. Dioda LED. Prostownik na diodach (Graetza) w.9, p.1

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

35 KATEDRA FIZYKI STOSOWANEJ

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury.

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Przewodniki, półprzewodniki i izolatory

EFEKT HALLA W PÓŁPRZEWODNIKACH.

elektryczne ciał stałych

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

10 K AT E D R A F I Z Y K I S T O S OWA N E J

Rys.1. Struktura fizyczna diody epiplanarnej (a) oraz wycinek złącza p-n (b)

Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej Wydział Elektrotechniki, Elektroniki Informatyki i Automatyki Politechnika Łódzka

elektryczne ciał stałych

Ćwiczenie Badanie zależności temperaturowej oporu elektrycznego metalu i półprzewodnika

Prawdopodobieństwo obsadzania każdego stanu jednoelektronowego określone jest przez rozkład Fermiego, tzn. prawdopodobieństwo, że stan o energii E n

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

VI. POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORNOŚCI METALI I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY

Podstawy działania elementów półprzewodnikowych - diody

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORU METALI I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY

Wykład III. Teoria pasmowa ciał stałych

Model elektronów swobodnych w metalu

Wykład IV. Dioda elektroluminescencyjna Laser półprzewodnikowy

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Natężenie prądu elektrycznego

Wykład VI. Teoria pasmowa ciał stałych

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Zjawisko termoelektryczne

IV. TRANZYSTOR POLOWY

Elementy elektroniczne Wykłady 3: Półprzewodniki. Teoria złącza PN

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

Ćwiczenie 123. Dioda półprzewodnikowa

GAZ ELEKTRONÓW SWOBODNYCH POWYŻEJ ZERA BEZWZGLĘDNEGO.

METALE. Cu Ag Au

na dnie (lub w szczycie) pasma pasmo jest paraboliczne, ale masa wyznaczona z krzywizny niekoniecznie = m 0

Podstawowe właściwości fizyczne półprzewodników WYKŁAD 1 SMK J. Hennel: Podstawy elektroniki półprzewodnikowej, WNT, W-wa 2003

Transkrypt:

Ciała stałe Podstawowe własności ciał stałych Struktura ciał stałych Przewodnictwo elektryczne teoria Drudego Poziomy energetyczne w krysztale: struktura pasmowa Metale: poziom Fermiego, potencjał kontaktowy Półprzewodniki; półprzewodniki domieszkowane Złącze p-n i urządzenia półprzewodnikowe Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz. 44.4-8 1

Własności strukturalne ciał stałych Kształt ograniczony płaszczyznami. Kierunki płaszczyzn zadane liczbami całkowitymi (1) Regularne i symetryczne wzory w odbiciu promieni rentgenowskich (2) Regularny układ atomów obserwowany w mikroskopie tunelowym (3) (1) Piotr Sosnowski, CC-BY-SA (2) (3) powierzchnia grafitu Frank Trixler, LMU München H. J. Milledge, University College, London 2

Własności elektryczne ciał stałych Własności elektryczne: Oporność właściwa Współczynnik temperaturowy oporu Koncentracja nośników ładunku n miedź krzem 2 10-8 3 103 Ω m +4 10-3 -70 10-3 K-1 9 10-28 1 1016 m-3 metal półprzewodnik 3

Inne własności Optyczne: pochłanianie światła, odbicie od powierzchni itp. Mechaniczne: kowalność, sprężystość, propagacja fal dźwiękowych Magnetyczne: podatność magnetyczna, ferromagnetyzm 4

Struktura ciał stałych Kryształ idealny: regularne rozmieszczenie atomów Symetria translacyjna Symetria obrotowa Kryształ rzeczywisty: defekty Atom w pozycji międzywęzłowej Cu Luka (wakans) Atom domieszki w węźle Atom domieszki w pozycji międzywęzłowej Si, C (diament) 5

Przewodnictwo elektryczne teoria Drudego (1900) W rzeczywistości elektrony rozpraszają się na defektach i deformacjach sieci. Paul Karl Ludwig Drude 6

Poziomy energetyczne w krysztale pasma 4s Atomy blisko siebie: dwa poziomy molekularne o nieco różnych energiach Odległe atomy: jednakowe energie elektronu E Pasmo N 2 3 14 26 44 Bardzo wiele atomów (kryształ): pasmo energetyczne Energia Przerwa Pasmo Przerwa Pasmo Przerwa Pasmo 7

Klasyfikacja ciał stałych Metal Dielektryk Eg < ~ 2 ev Eg > ~ 2 ev Półprzewodnik Izolator 8

Metale Liczba elektronów: Koncentracja elektronów: Gęstość stanów: liczba elektronów w przedziale energii (E,E+dE) = Prawdopodobieństwo obsadzenia stanu o energii E (rozkład Fermiego-Diraca) Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984) 9

Metale Gęstość stanów obsadzonych: Energia Fermiego: Enrico Fermi (1901-1954) 10

Kontaktowa różnica potencjałów energia elektronu energia elektronu A B A + + B + + 11

Półprzewodniki Półprzewodnik niedomieszkowany: pewna liczba elektronów przechodzi do pasma przewodnictwa. Dziury w paśmie walencyjnym elektrony Pasmo przewodnictwa dziury Pasmo walencyjne Zależność oporu od temperatury: Średni czas pomiędzy zderzeniami maleje nieznacznie ze wzrostem temperatury Koncentracja rośnie bardzo szybko ze wzrostem temperatury Współczynnik temperaturowy oporu jest ujemny 12

Domieszkowanie półprzewodników typ n Pasmo przewodnictwa Półprzewodnik domieszkowany typu n: dodatkowy elektron pochodzący z atomu donora (np. krzem domieszkowany fosforem) EF Ed~10 mev Eg Pasmo walencyjne typ p Półprzewodnik domieszkowany typu p: brak jednego elektronu na każdy atom akceptora dziura (np. krzem domieszkowany glinem) Pasmo przewodnictwa Eg Ea~10 mev EF Pasmo walencyjne W półprzewodniku nośnikami prądu mogą być zarówno elektrony, jak i dziury 13

Złącze p-n Różnica poziomów Fermiego powoduje przepływ ładunku i wytworzenie kontaktowej różnicy potencjałów Powstaje obszar zubożony, w którym występuje gradient potencjału, a więc pole elektryczne 14

Prądy w niespolaryzowanym złączu p-n (bez zewnętrznego napięcia) Idyf Idryf Prąd dyfuzji (recombination current) prąd nośników większościowych przez barierę potencjału ev0 Prąd dryfu (generation current) prąd nośników mniejszościowych (generowanych termicznie) Bez zewnętrznego napięcia: 15

Spolaryzowane złącze p-n Polaryzacja w kierunku przewodzenia (forward bias), V > 0: V Polaryzacja w kierunku zaporowym (reverse bias), V < 0: V Zewnętrznego różnica potencjałów zmienia wysokość bariery i prąd dyfuzji: Prąd przez złącze: 16

Przyrządy półprzewodnikowe (1) Dioda prostowanie prądu Dioda świecąca (LED) Fotodioda 17

Przyrządy półprzewodnikowe (2) Tranzystor polowy (FET) Tranzystor MOSFET 18